Способ и установка для производства формованных деталей из алюминиевого сплава для транспортных средств и бытовой техники

Изобретение может быть использовано для производства формованных деталей транспортных средств и бытовой техники. Тиксотропные заготовки из алюминиевого сплава классифицируют по соотношению между весом и размером, что позволяет получить прибыльные концы материала. В средствах (5) нагревают прибыльные концы до твердожидкого состояния с содержанием твердой фазы более 50%. Загружают при помощи средств (9) нагретые прибыльные концы в емкость для инжекции, изготовленную из немагнитной стали. Срезают внешнюю часть прибыльных концов, охлажденных при прохождении от средств (5) нагрева к средствам (9). Выполняют первый этап инжекции обрезанных прибыльных концов в прессе, затем – второй этап инжекции прибыльных концов в прессе в течение 18 миллисекунд с увеличением мощности блока инжекции. Выполняют третий этап инжекции для удаления пористости в детали. Извлекают формованную деталь при помощи средств (13) и перемещают ее на конвейерную ленту (15). Осуществляют контроль качества детали и направляют ее в средства механической обработки и/или тепловой обработки. Обеспечивается повышение качества формованных деталей. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу и установке для производства формованных деталей из алюминиевого сплава для транспортных средств и бытовой техники и к компонентам, полученным при помощи указанных способа и установки.

В области деталей, изготовленных из алюминиевого сплава, для транспортных средств способ и установка этого типа описаны в документах WO-A-02081125 и WO-A-2007004241, усовершенствованием которых является настоящее изобретение. Фактически способ и установку, описанные в документах WO-A-02081125 и WO-A-2007004241, можно использовать только для изготовления деталей небольшого размера для транспортных средств, и при использовании литья из тиксотропного алюминия нельзя получить полностью удовлетворительные детали. Кроме того, в этих способах используется жидкое демонтажное вещество, которое в качестве отхода оказывает негативное влияние на окружающую среду.

Задачей настоящего изобретения является решить проблемы известного уровня техники путем предложения компонентов, изготовленных из алюминиевого сплава, для транспортных средств и бытовой техники, чей вес является очень низким и чья стоимость ниже текущей, и в которых сохраняется и предпочтительно в высшей степени улучшается качество по сравнению с существующими изделиями.

Следующей задачей настоящего изобретения является предложить способ и установку, при помощи которых можно изготовить упомянутые выше компоненты и которые таковы, что для конечного изделия требуется только уменьшенный уровень обработки, это позволяет упростить процессы производства и сильно уменьшить их стоимость, что, как очевидно, выгодно для конечного изделия.

Указанные выше и другие задачи и преимущества изобретения, которые станут очевидными из последующего описания, достигаются при помощи способа, установки и конечного изделия, которые указаны в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты и нетривиальные изменения настоящего изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение будет лучше описано при помощи некоторых его предпочтительных вариантов, приведенных в качестве примера, не накладывающего ограничений, со ссылкой на приложенные чертежи, из которых единственная Фиг. 1 представляет собой структурную схему установки, выполненной с возможностью реализации способа по настоящему изобретению для производства новаторских компонентов.

Ниже будут описаны способ и установка по настоящему изобретению в том варианте, который предназначен для производства компонентов для транспортных средств с двигателем, которые перечислены ниже. Очевидно, что способ и установку можно было бы использовать, практически без модификации для производства компонентов, аналогичных перечисленным ниже.

Компоненты, которые, как оказалось, можно изготавливать при помощи установки, способа и материала по настоящему изобретению, являются следующими:

- элементы кузова транспортного средства, такие как внутренние кузовные детали, дверные панели, приборный щиток, каркас для сидений, каркас для рулей и другие внутренние детали транспортного средства;

- внутренние дверные панели, интегрированные с механизмом перемещения дверей;

- конструктивные и эстетические элементы кузова автомобиля и/или шасси мотоцикла, блоки двигателей и компоненты мотоцикла;

- такие компоненты автомобилей и мотоциклов, как передние и задние элементы подвески автомобиля, опорная рама двигателя и другие составные части;

- двигатели транспортных средств;

- авиационные элементы, такие как колеса, сиденья и панели для самолетов;

- железнодорожные элементы, такие как сиденья и панели для поездов;

- компоненты машин в секторе бытовой техники, таких как стиральные машины, посудомоечные машины, небольшая бытовая техника и т.п.

По сравнению со способом, описанным в документах WO-A-02081125 и WO-A-2007004241, новый способ больше не является литьем тиксотропного алюминия, а является инжекционным формованием, чьи характеристики и особенности делают его близким к пластическому формованию и экструзии, чем к литью в форму.

На Фиг. 1 схематично показана установка для производства формованных деталей для транспортных средств по настоящему изобретению, прежде всего такая установка содержит средства 5 нагрева прибыльных концов тиксотропных заготовок из алюминиевого сплава (как можно лучше увидеть ниже), в которых такие заготовки классифицируются по размеру в зависимости от отношения между весом и размером компонента, который необходимо получить. Подача в средства 5 происходит при помощи загрузчика 4, и эти средства нагревают прибыльные концы в диапазоне температур, в котором существуют как твердая фаза, так и жидкая фаза с преобладанием твердой фазы (более 50%), эти средства состоят из нагревательных печей 5, которые, в частности, являются электромагнитными индукционными печами 5, содержащими модульные станции, которые можно комбинировать. Индукционная нагревательная печь гарантирует, в дополнение к поддержанию температуры в пределах очень ограниченных допусков, такое введение энергии в заготовки, которое гарантирует, что будет повторно сформирована совершенная металлографическая структура в промежуточном физическом состоянии между твердым состоянием и жидким состоянием. Таким образом, температура заготовки определяется путем измерения активной мощности, введенной в материал, в заранее определенный период времени. Новаторская установка далее содержит средства 9 загрузки нагретых прибыльных концов в емкость для инжекции, изготовленную из немагнитной стали для последующей обработки, эти концы должны иметь конкретные характеристики для изделий, по типу относящихся к "полутвердому материалу" (ПТМ); средства 9 загрузки состоят из первого робота-манипулятора, который представляет собой антропоморфный робот, снабженный механической захватной рукой, способной работать с емкостью, в которую помещены заготовки, для их нагрева и транспортировки.

Затем установка содержит средства (не показаны) для удаления путем среза внешней части прибыльных концов, которые охлаждены при прохождении от средств 5 нагрева к средствам 9 загрузки.

Далее установка содержит средства 11 для формования изделия, которые работают с использованием трех этапов инжекции, которые являются спецификой новаторского способа: а именно, средства 11 выполняют первый этап инжекции подвергнутых срезанию прибыльных концов при помощи пресса (не показан), второй этап инжекции подвергнутых срезанию прибыльных концов в течение 18 миллисекунд с использованием системы управления с обратной связью и с увеличением мощности блока инжекции относительно замыкающего блока пресса, и третий этап инжекции прибыльных концов путем калибровки окончательного изделия, чтобы удалить всю пористость.

В частности, такие средства 11 формования состоят из машины для литья под давлением, которая снабжена матрицей 8, предназначенной для изготовления компонентов в форме полутвердого материала (ПТМ). Матрица 8 смазывается средствами 12 смазки перед каждой инжекцией металла при помощи разделительного вещества, которое является твердым, а не жидким и поэтому не влияет на окружающую среду и не требует его уничтожения как отхода, как традиционные разделительные вещества. В предпочтительном случае машина 11 для литья под давлением снабжена инжекционным блоком, управляемым системой с обратной связью, которая позволяет осуществлять управление в реальном времени тремя инжекционными этапами. При упомянутой выше компоновке пресс, которым снабжена машина 11 для литья под давлением имеет очень мощную инжекционную систему, которая позволяет управлять этапом инжекции с высокой динамичностью, и максимальную скорость увеличения силы инжекции в соответствии с конструктивными характеристиками. Это делается возможным за счет управления процессом инжекции при помощи системы с обратной связью, которая позволяет осуществлять управление в реальном времени. В результате высокая динамичность реализуется не только что касается скорости, но также для ускорения, торможения, воспроизводимости и программируемости процесса. Обратная связь позволяет осуществить программируемость, по меньшей мере, десяти переменных инжекции с разрешением 0,1 м/с. Подходящим образом отрегулированный пресс инжектирует заготовку в углубления матрицы 8.

Дополнительно предпочтительно, что средства 12 смазки состоят из смазывающего робота, снабженного смазывающей головкой, предназначенной для распыления воды, воздуха и разделительного вещества на матрицу 8; такая работа также может выполняться при помощи ручной форсунки.

Как показано на Фиг. 1, установка по настоящему изобретению далее содержит средства 13 извлечения формованной детали, и средства перемещения формованной детали из средств 13 извлечения на конвейерную ленту 15, которые предпочтительно состоят из второго робота-манипулятора или средств 13 извлечения ручного типа.

В модификации новаторской установки средства перемещения формованной детали заменены средством 16 предварительного охлаждения формованной детали и средством установки охлажденной формованной детали в разделительный штамп, смонтированный на разделительном прессе 17 для отделения прибылей и/или перемычек, которые выгружаются при помощи средства 20 выгрузки.

В частности, средство 16 предварительного охлаждения может состоять из резервуара 16, содержащего нагретую воду, нагрев которой регулируется. На Фиг. 1 дополнительно имеется станция 26 для очистки емкости при выходе из печи 5.

И, наконец, новаторская установка содержит средства управления качеством получаемой формованной детали, перед посылкой формованной детали в расположенные ниже по направлению технологического процесса средства механической обработки и/или тепловой обработки. Такие средства управления качеством формованной детали состоят из устройства 27 обнаружения наличия формованной детали, контрольной площадки 29, панелей 31 управления для нагревателя заготовки, панелей 33 управления процессом, панели 35 управления извлекателем 13 и панели 37 управления конвейером 15 для окончательных изделий.

В описанной выше установке матрица 8, установленная на пресс для производства компонентов, может быть снабжена одним или более подвижными матрицедержателями для задания возможных каналов для формования компонентов и снабжена вентиляционными отверстиями. Матрица 8 может быть далее снабжена разделительными или срезающими пластинами, чтобы удалять прибыль с формованной детали, а также внутренними каналами теплорегуляции.

Чтобы использовать такую матрицу 8, установка может быть дополнительно снабжена блоками 25 для теплорегуляции самой матрицы 8, которые состоят из модульной системы, снабженной сопротивлениями или газовыми бойлерами для нагрева воды или теплопроводного масла, а также трубопроводами для протекания таких воды или масла от насоса блока внутри каналов теплорегуляции матрицы 8.

Указанный выше пресс может быть гидравлического и/или электромеханического типа, в коленно-рычажной версии пресса или не в коленно-рычажной версии пресса с двумя плоскостями.

Кроме того, указанный выше пресс может выполнять сначала этап экструзии, а затем этап инжекции, с возможностью иметь два или более пункта инжекции с двумя или более инжекторами.

Описанная выше установка выполнена с возможностью реализации способа производства формованных деталей из алюминиевого сплава для транспортных средств и бытовой техники по настоящему изобретению, который содержит следующие этапы:

- обеспечение тиксотропных заготовок, изготовленных из алюминиевого сплава;

- классифицирование заготовок по размеру в зависимости от соотношения между весом и размером производимой формованной детали с получением прибыльных концов материала;

- нагрев прибыльных концов в диапазоне температур, в котором одновременно существуют как твердая фаза, так и жидкая фаза с преобладанием твердой фазы (более 50%) в средствах (5) нагрева;

- загрузка при помощи средств (9) загрузки нагретых

прибыльных концов в емкость для инжекции, изготовленную из немагнитной стали и последующую обработку с использованием машин с конкретными характеристиками для изделий из полутвердого материала ПТМ;

- удаление при помощи срезающих устройств внешней части прибыльных концов, охлажденной при прохождении от средств (5) нагрева к средствам (9) загрузки;

- выполнение первого этапа инжекции подвергнутых срезанию прибыльных концов в прессе;

- выполнение второго этапа инжекции прибыльных концов в прессе в течение 18 миллисекунд с использованием системы управления с обратной связью и увеличением мощности блока инжекции относительно замыкающего блока пресса;

- выполнение третьего этапа инжекции прибыльных концов путем калибровки окончательной детали для удаления всей пористости;

- извлечение формованной детали при помощи средств (13) извлечения;

- перемещение формованной детали из средств (13) извлечения на конвейерную ленту (15); и

- контроль качества полученной формованной детали, причем формованную деталь посылают в расположенные ниже в направлении технологического процесса средства механической обработки и/или тепловой обработки.

Чтобы сделать возможным оптимальное использование указанных выше способа и установки, также необходимо обеспечить подходящий материал, который позволяет производить компоненты из алюминиевого сплава для транспортных средств и бытовой техники по настоящему изобретению и состоит из алюминиевого сплава, имеющего следующие характеристики:

- десятичный химический состав; и

- мелкую металлографическую структуру глобулярного типа, то есть тиксотропную структуру. Глобулярная микроструктура дает заготовку с высокими флюидодинамическими свойствами даже при высоких долях материала в твердом состоянии. Это позволяет выполнять процесс литья в форму при температурах, которые близки к температуре кристаллизации.

Основная характеристика алюминиевых сплавов, которые отливаются в форму с тиксотропной системой (когда они находятся в фазе частичной кристаллизации), заключается в сильном уменьшении так называемых "литейных ошибок", которые представляют собой микро- и макрополости, образующиеся в результате усадки или наличия газа. Цикл производства детали, производимой с использованием тиксотропного сплава, может иметь различные результаты в соответствии с системой, используемой для смешивания, и системой дегазации, используемой на этапе производства заготовки. Тиксотропные сплавы, используемые в настоящем изобретении, в дополнение к алюминиевым могут быть также магниевыми. Тиксотропные алюминиевые и/или магниевые сплавы, используемые в настоящем изобретении, могут быть получены как с использованием электромагнитных систем перемешивания (не показаны), так и с использованием химических добавок.

При использовании описанных выше способа и системы, а также указанного выше материала можно получить компоненты, изготовленные из алюминиевого сплава, чьи характеристики совпадают или лучше характеристик аналогичных компонентов, предлагаемых в настоящее время на рынке. В частности, преимущества литья в форму с ПТМ-процессом при производстве компонентов для транспортных средств являются следующими:

- изделие с высокими металлургическими и механическими характеристиками;

- новаторские решения, которые способны улучшить надежность в рабочих условиях;

- хорошее рабочее состояние детали;

- уменьшение отходов производства;

- уменьшение механической обработки;

- исключительные механические характеристики с возможной тепловой обработкой:

- минимальная прочность на растяжение: 300 МПа

- минимальный предел прочности на растяжение: 225 МПа

- минимальное удлинение: 12%

(все приведенные выше результаты получены для сплава А

356.0).

Дополнительно необходимо отметить позитивные результаты из-за использования ПТМ-процесса, которые не могут быть непосредственно измерены на изделии, но связаны с ним, например, такие как более низкие рабочие температуры, прямым следствием которых является экономия энергии, более низкий выброс дымов и порошков и, следовательно, лучшие условия для окружающей среды.

Что касается известного уровня техники, другие улучшения связаны с тем, что материалом, из которого теперь изготовлены емкости, используемые для ПТМ-процессов формования, является немагнитная сталь вместо керамики. Фактически в случае керамических емкостей невозможно производить детали большого размера или тяжелого веса, так как керамические емкости тогда должны иметь такую большую толщину, при которой нарушается электромагнитное поле: это приведет к введению тепла в заготовку и в результате невозможно будет равномерно нагреть материал.

1. Способ производства формованных деталей из алюминиевого сплава для транспортных средств и бытовой техники, включающий следующие этапы:

- обеспечение тиксотропных заготовок, изготовленных из алюминиевого сплава;

- классифицирование заготовок по размеру в зависимости от соотношения между весом и размером производимой формованной детали с получением прибыльных концов материала;

- нагрев прибыльных концов в диапазоне температур, в котором одновременно существуют как твердая фаза, так и жидкая фаза с преобладанием твердой фазы (более 50%) в средствах (5) нагрева;

- загрузка при помощи средств (9) загрузки нагретых прибыльных концов в емкость для инжекции, изготовленную из немагнитной стали и последующую обработку с использованием машин с конкретными характеристиками для изделий из полутвердого материала (ПТМ);

- удаление при помощи срезающих устройств внешней части прибыльных концов, охлажденной при прохождении от средств (5) нагрева к средствам (9) загрузки;

- выполнение первого этапа инжекции подвергнутых срезанию прибыльных концов в прессе;

- выполнение второго этапа инжекции прибыльных концов в прессе в течение 18 миллисекунд с использованием системы управления с обратной связью и увеличением мощности блока инжекции относительно замыкающего блока пресса;

- выполнение третьего этапа инжекции прибыльных концов путем калибровки окончательной детали для удаления всей пористости;

- извлечение формованной детали при помощи средств (13) извлечения;

- перемещение формованной детали из средств (13) извлечения на конвейерную ленту (15); и

- контроль качества полученной формованной детали, причем

формованную деталь посылают в расположенные ниже в направлении технологического процесса средства механической обработки и/или тепловой обработки.

2. Способ по п. 1, в котором третий этап инжекции выполняют путем выдерживания детали в течение 10 секунд под давлением 46 т/см².

3. Способ по п. 1, в котором этап нагрева выполняют при помощи нагрева с использованием традиционных печей.

4. Способ по п. 1, в котором этап нагрева выполняют при помощи нагрева с использованием традиционных печей с последующим индукционным нагревом.

5. Установка для производства формованных деталей из алюминиевого сплава для транспортных средств и бытовой техники, содержащая:

- средства (5) нагрева прибыльных концов тиксотропных заготовок из алюминиевого сплава, причем заготовки классифицируют по размеру в зависимости от соотношения веса и размера формованной детали, при этом средства (5) выполнены с возможностью нагрева прибыльных концов в диапазоне температур, в котором одновременно существуют как твердая фаза, так и жидкая фаза с преобладанием твердой фазы (более 50%);

- средства (9) загрузки нагретых прибыльных концов в емкость для инжекции, изготовленную из немагнитной стали для последующей обработки с использованием машин с конкретными характеристиками для изделий из полутвердого материала (ПТМ);

- средство удаления путем среза внешней части прибыльных концов, охлажденных при прохождении от средств (5) нагрева к средствам (9) загрузки;

- средства (11) для выполнения первого этапа инжекции подвергнутых срезанию прибыльных концов в прессе, второго этапа инжекции прибыльных концов в течение 18 миллисекунд с использованием системы управления с обратной связью и увеличением мощности блока инжекции относительно замыкающего блока пресса, и третьего этапа инжекции прибыльных концов путем калибровки окончательного изделия для удаления всей пористости;

- средства (13) извлечения формованной детали;

- средства перемещения формованной детали из средств (13) извлечения на конвейерную ленту (15); и

- средства (27, 29, 31, 33, 35, 37) контроля качества полученной формованной детали, которую затем посылают в расположенные ниже в направлении технологического процесса средства механической обработки и/или тепловой обработки.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что средства (5) нагрева состоят из электромагнитных индукционных печей (5), содержащих модульные станции, выполненные с возможностью комбинирования.

7. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что средства (9) загрузки состоят из первого робота-манипулятора, причем этот робот является антропоморфным роботом, снабженным механической захватной рукой, способной манипулировать с емкостью, в которую помещены заготовки, для их нагрева и транспортировки.

8. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что средства (11) формования состоят из машины для литья под давлением, содержащей матрицу (8), выполненную с возможностью изготовления деталей в виде ПТМ, средства (12) смазки матрицы (8) перед каждой инжекцией металла при помощи твердого разделительного вещества.

9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что машина (11) для литья под давлением снабжена блоком инжекции, управляемым при помощи системы с обратной связью, осуществляющей управление в реальном времени тремя этапами инжекции.

10. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что средства (12) смазки выполнены в виде смазывающего робота со смазывающей головкой, выполненной с возможностью распыления воды, воздуха и разделительного вещества на матрицу (8), либо в виде ручной форсунки.

11. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что средства (13) извлечения выполнены в виде второго робота-манипулятора или ручных средств извлечения.

12. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что средства (16) предварительного охлаждения состоят из резервуара (16), содержащего нагретую воду с регулируемым нагревом.

13. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что матрица (8), установленная на прессе для производства формованных деталей (1), снабжена одним или более подвижными матрицедержателями для задания канала для формования детали и содержит вентиляционные отверстия.

14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что матрица (8) дополнительно снабжена разделительными или срезающими пластинами для удаления прибыли с формованной детали.

15. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что матрица (8) дополнительно снабжена внутренними каналами теплорегуляции.

16. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена блоками (25) для теплорегуляции в матрице (8).

17. Установка по п. 16, отличающаяся тем, что блоки теплорегуляции выполнены в виде модульной системы, содержащей сопротивления или газовые бойлеры для нагрева воды или теплопроводного масла, а также трубопроводы для протекания воды или масла от насоса блока внутри каналов теплорегуляции в матрице (8).

18. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что пресс выполнен гидравлическим и/или электромеханическим, в версии коленно-рычажного пресса или в версии не коленно-рычажного пресса с двумя плоскостями.

19. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что пресс выполнен с возможностью выполнения сначала этапа экструзии и затем этапа инжекции, причем пресс снабжен двумя или более пунктами инжекции с двумя или более соответствующими инжекторами.